1. Законы отражения, преломления и полного внутреннего отражения света. Прин­цип Ферма. Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α. Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред. При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n₂ < n₁ (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α_пр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения Для угла падения α = α_пр sin β = 1 значениеsin α_пр = n₂ / n₁ < 1 Принцип Ферма в геометрической оптике — постулат, предписывающий лучу света двигаться из начальной точки в конечную точку по пути, минимизирующему время движения (или, что то же самое, минимизирующему оптическую длину пути). Принцип Ферма представляет собой предельный случай принципа Гюйгенса-Френеля в волновой оптике для случая исчезающей малой длины волны света.

2. Интерференция света. Условия максимума и минимума интерференции. При каком соотношении между длиной когерентности и оптической разности хода возможно наблюдение интерференции света?

Интерференция света – это явление наложения волн от двух или нескольких когерентных источников, в результате которых происходит перераспределение энергии этих волн в пространстве. В области перекрытия волн колебания налагаются друг на друга, происходит сложение волн , в результате чего колебания в одних местах получаются более сильные , а в других- более слабые . В каждой точке среды результирующее колебание будет суммой всех колебаний, дошедших до данной точки. Результирующее колебание в каждой точке среды имеет постоянную во времени амплитуду , зависящую от расстояний точки среды от источников колебаний. Такого рода сложение колебаний называется интерференцией от когерентных источников.Условия максимума и минимума на разность фаз δ

УСЛОВИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЧЕТКОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ: Если свет не монохроматический, а представляет собой некоторый спектр волн, то при данном угле падения условие max: ∆=ki λi (kλ1=(k+1)λ2=(k+2)λ3=…). Чтобы такое наблюдение оказалось возможным, необходимо, чтобы интервал длин волн был ограничен λЄ[λ; λ+∆λ]. k(λ+∆λ)=(k+1)λ;

∆λ=λ/2; Чем больше d, тем больше k, и тем теснее располагаются полосы. 1Å=10^-10м – анстрем. ∆λ=100Å, λ=5000Å, k=50. Используя соотношение (1) получим n=1,5; d=8мкм, ∆λ=0,1Å, d>в 10³. Интерференцию можно наблюдать в клинообразных тонких слоях при этом угол схождения поверхностей должен быть от нескольких секунд до минут.

3. Дифракция света. Дифракция Френеля на круглом отверстии и на диске.

Дифракция- это совокупность явлений наблюдающихся при распространении света в средах с резкими неоднородностями, причем размеры этих неоднородностей должны быть сравнимы с длиной волны.В зависимости от фронта волны существует два вида дифракции: 1. Фраунгофера - она наблюдается на плоских поверхностях и удаленных источниках .2. Френеля - на сферических поверхностях.

Дифракция Френеля на круглом отверстии.

Дифракционная картина наблюдается на экране Э. Экран параллелен плоскости отверстия L.

т.е. .

Если m- нечетное, то в М наблюдается максимум; если m-четное – минимум. При неизменном положении источника света , число зон зависит от диаметра отверстия и расстояния L. Следовательно при изменении диаметра или L результат в т.М должен изменится. Если , то никакой интерференционной картины наблюдаться на экране не будет, в этом случае свет распространяется как и в отсутствие непрозрачного экрана с отверстием, т.е. прямолинейно. Дифракция Френеля на небольшом диске. нтерференционная картина на экране имеет вид концентрических темных и светлых пятен с центром в т.О, где всегда находится интерференционный минимум (пятно Пуассона). А- амплитуда света в т.О. При освещении диска белым светом в центре экрана наблюдается белое пятно, окруженное системой концентрических цветных колец. По мере увеличения отношения диаметра диска d к расстоянию L от диска до экрана яркость пятна Пуассона постепенно уменьшается, а следующее за ним темное пятно расширяется, образуя область тени за диском.

4. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке. Дифракция Фраунгофера — случай дифракции, при котором дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды. Расстояние должно быть таким, что бы можно было пренебречь в выражении для разности фаз членами порядка, что сильно упрощает теоретическое рассмотрение явления. Пусть отверстие в экране

представляет собой длинную щель шириной, на которую падает плоская волна .

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля волновую п верхность падающей волны в плоскости щели следует разбить на стольна столь малые участки, чтобы колебания в точке наблюдались P, вызываемые вторичными волнами от всех точек одного участка, имели бы почти одинаковую фазу. Для нахождения результирующей амплитуды колебаний в любой точке экрана необходимо знать распределение фаз всех колебаний, приходящих в эту точку. Так как линза не вносит дополнительной разности хода, то распределение фаз в точке Pϕбудет таким же, как и в плоскости AB , образующий с плоскостью щели угол ϕ. Сумма когерентных возмущений от всех участков этой поверхности равна: